सामग्री का परिचय: प्रकृति और गुण (भाग 1: सामग्री की संरचना)

प्रो आशीष गर्ग

सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग

भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान, कानपुर

व्याख्यान - 01

सामग्री विकास

हम सामग्री की प्रकृति और गुणों पर इस नए पाठ्यक्रम को शुरू करेंगे, और हम इस विशेष पाठ्यक्रम का पहला मॉड्यूल शुरू करेंगे, जो सामग्री की संरचना पर आधारित है। इसलिए, मैं आशीष गर्ग हूं, और मैं आईआईटी कानपुर में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग में प्रोफेसर हूं और किसी को भी मुझसे संपर्क करने की आवश्यकता होने की स्थिति में मेरे संपर्क विवरण का पालन कर रहा हूं । इसलिए, जैसा कि पाठ्यक्रम की रूपरेखा में उल्लेख किया गया है और यह पाठ्यक्रम लगभग सभी पृष्ठभूमि के यूजी और पीजी छात्रों के लिए उपयोगी है, यहां तक कि धातुकर्मीय इंजीनियरिंग में सामग्री का अध्ययन करने वाले भी।

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कोर्स के लिए अनुशंसित पठन सामग्री में तीन पुस्तकों को सूचीबद्ध किया गया है, पहली पुस्तक प्रो वी राघवन ने, जो कि मटेरियल साइंस इंजीनियरिंग है, दूसरी अच्छी किताब कैलिस्टर द्वारा है, जो मटेरियल साइंस इंजीनियरिंग है । यह एक परिचयात्मक पुस्तक है, और तीसरी पुस्तक जॉन Wulff द्वारा है, यानी, संरचना और Wiley द्वारा सामग्री के गुण, पहली मात्रा सामग्री की संरचना से संबंधित है । इसलिए, यदि कोई विस्तार में प्राप्त करना चाहता है तो यह एक उत्कृष्ट पुस्तक है । तो आइए देखते हैं कि हम सभी क्यों जानते हैं कि सामग्रियां जरूरी हैं, यहां तक कि हमारी सभ्यताओं का नाम कांस्य युग, पाषाण युग, कलियुग जैसी सामग्रियों के नाम पर रखा गया है और वर्तमान में हम सिलिकॉन युग या इलेक्ट्रॉनिक्स युग में हैं ।

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इसलिए, जैसा कि हम जानते हैं कि सामग्री बहुत महत्वपूर्ण है यदि आप हमारे पूर्वजों के पास वापस जाते हैं, तो वे पहले पत्थरों का उपयोग कर रहे थे। फिर उन्होंने सामग्री की खोज शुरू कर दी, और अजीब कीमती धातुएं कई सामग्रियों के सामने आईं और इसके बाद तांबे के विकास के बाद कांस्य और पीतल जैसे अलॉय भी हुए। सिंधु घाटी सभ्यता कांस्य और पीतल का इस्तेमाल करती थी। तब लोहे के आगमन ने मनुष्यों को पर्याप्त लाभ दिया क्योंकि लोहा एक मजबूत सामग्री थी। इसका इस्तेमाल न केवल युद्ध में बल्कि कई अन्य व्यावहारिक चीजों में भी किया जा सकता है । इसने पत्थरों और अन्य वस्तुओं की तुलना में शिकार को आसान बना दिया। पिछले २०० वर्षों से सिलिकॉन आधारित तकनीकी आविष्कारों के आगमन के कारण इलेक्ट्रॉनिक्स या बिजली का विकास हुआ और जिसके कारण हम उन सभी तकनीकी उपकरणों का उपयोग कर रहे हैं जो सिलिकॉन आधारित हैं ।

इसलिए, हमारे लिए सामग्री बहुत महत्वपूर्ण है, और यही कारण है कि सामग्री के विज्ञान और इंजीनियरिंग का अध्ययन करना महत्वपूर्ण है। इसलिए, यह पाठ्यक्रम एक परिचयात्मक पाठ्यक्रम है, और हम सामग्री की मूल बातें के बारे में बात करेंगे, जो आपको इस अनुशासन में आगे बढ़ने में मदद करेगा।

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10,000 ईसा पूर्व में, आदमी पत्थर, भूसे तोड़, लकड़ी की खाल जैसी चीजों का उपयोग कर रहा था। हैरत की बात है कि सोना काफी जल्दी आ गया। और फिर, 5000 ईसा पूर्व या तो के बाद, एक आदमी ने मिट्टी के बर्तनों का विकास करना शुरू कर दिया, जो सिरेमिक, चश्मे और कंपोजिट पर आधारित थे, कागज में उपयोग किया गया था। उदाहरण के लिए, पॉलिमर और इलास्टोमर का उपयोग किया गया था। और फिर तांबा, कांस्य, और लोहा, वे विभिन्न अन्य सभ्यताओं में सिंधु घाटी सभ्यता के सामने आए। फिर लौह युग, जो लोहे के आगमन के कारण धातुओं के उपयोग का विस्तार करता है और फिर एक ही समय में और सीमेंट कारखानों के रूप में सिरेमिक और चश्मे जैसी चीजों का उपयोग भी करता रहा, क्योंकि उन्हें घरों और मकानों और महलों आदि बनाने की आवश्यकता थी।

इसके अलावा, जैसा कि हम 1900 के दशक नीचे चलती रखने के लिए, लोहे के लिए रास्ता दिया लोहा डाली, इस्पात के बाद । स्टील अकेले लोहे की तुलना में एक बेहतर सामग्री है, और फिर अलॉय स्टील्स का विकास, जो वास्तव में, स्टील में सुधार करता है। इसलिए, यह इस्पात की आयु है जैसा कि कोई देख सकता है । अब स्टील बहुत अच्छा था, लेकिन आदमी ने अन्य सामग्रियों का आविष्कार किया जो हल्का और मजबूत भी है। तो, यहीं एल्यूमीनियम मिश्र, टाइटेनियम मिश्र, जिरकोनियम मिश्र जैसी सामग्री, वे सभी तस्वीर में आए।

1960 के दशक के दौरान या तो, इस वक्र ऊपर की ओर जा रहा शुरू, जिसका अर्थ है धातुओं धीरे अपने डोमेन में सिकुड़ रहे हैं, और अंय सामग्रियों का विस्तार शुरू करते हैं । इसके अलावा, पुरुषों ने बहुत सारे सिंथेटिक पॉलिमर विकसित करना भी शुरू कर दिया, और ये सिंथेटिक पॉलिमर अनुप्रयोगों की एक सरणी को जन्म देते हैं, जो बहुलक आधारित होते हैं क्योंकि बहुलक एक प्रकाश सामग्री है। और फिर कंपोजिट भी पत्थर मिश्रण से और चीनी मिट्टी की चीज़ें और बहुलक या धातुओं और बहुलक और धातुओं और चीनी मिट्टी की चीज़ें और चीनी मिट्टी की चीज़ें मिलाकर, लोगों ने इन कंपोजिट जो अलग गुण है, जो दोनों धातु और सिरेमिक के गुणों से समझौता किया । इसलिए यह इन दोनों का मिश्रण है। तो, आप देख सकते हैं कि सामग्री का क्षेत्र नाटकीय रूप से समय के एक समारोह के रूप में बदल गया है, और आज, उदाहरण के लिए, कहीं 1950 के दशक के आसपास, हम कहते हैं कि वैक्यूम प्रौद्योगिकी, प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों में आगमन, सिलिकॉन के निर्माण के लिए रास्ता देता है ।

आज हम सिलिकॉन के युग में खड़े हैं, और शायद आज आणविक इंजीनियरिंग की उम्र के रूप में अच्छी तरह से है क्योंकि हम सामग्री को देख रहे है और आणविक पैमाने पर सामग्री का उपयोग कर रहे हैं, बहुत पतली फिल्मों, ग्राफीन जैसे 2D संरचनाओं । हम कह सकते हैं कि हम सामग्रियों के एक पूरी तरह से अलग युग के युग में खड़े हैं, जो हमारे पहले की बात से बहुत अलग है ।

इसलिए, यदि हम इन सामग्रियों को वर्गीकृत करते हैं, जिनका उपयोग अधिकांश इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, तो कुछ श्रेणियां हैं जिनमें हम वर्गीकृत कर सकते हैं । तो, सबसे पहले, ज़ाहिर है, कि हमारे मन में आता है धातुओं और allys है ।

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उदाहरण के लिए, धातुओं और एलॉय में, तांबा धातु और पीतल है, जो तांबा और जस्ता का एक एलॉय है। आप लोहा और कार्बन एलॉय, जो कुछ भी नहीं है, लेकिन इस्पात और कच्चा लोहा कर सकते हैं । तो कुछ भी तांबा, निकल, लोहा, जिरकोनियम, टाइटेनियम, एल्यूमीनियम आदि, ये सभी धातुएं हैं, और आप उन्हें विभिन्न तत्वों के साथ मिलाकर उनमें से मिश्र धातुओं बना सकते हैं, और वे उत्कृष्ट गुण है। धातुएं आमतौर पर बहुत डक्टाइल होती हैं, और वे काफी मजबूत भी होती हैं, और उनका उपयोग कम तापमान से उच्च तापमान तक शुरू होने वाले अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। इसके अलावा, धातुओं विद्युत और थर्मल का संचालन कर रहे हैं; यही कारण है कि हमारी दुनिया में धातुओं का बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है। सामग्री की दूसरी श्रेणी सिरेमिक और चश्मे, उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम ऑक्साइड, सिलिकॉन ऑक्साइड, सिलिकॉन कार्बाइड, मैग्नीशियम ऑक्साइड, टाइटेनियम ऑक्साइड, और ये सभी ऑक्साइड, नाइट्राइड, कार्बाइड, मूल रूप से सिरेमिक होते हैं। सिरेमिक धातुओं से अलग हैं क्योंकि वे बहुत अधिक भंगुर हैं लेकिन बहुत मजबूत हैं; उनमें उच्च शक्ति या उच्च मॉड्यूलस होते हैं। इसलिए, यदि आप उन्हें लोडिंग को प्रभावित करने के लिए विषय करते हैं, उदाहरण के लिए, यदि आप एक गिलास कप में चाय पी रहे हैं, तो आप जानते हैं कि यदि यह टूटता है, तो यह टूट जाता है जबकि धातु ऐसा नहीं करती है। तो, जिसका अर्थ है कि यह भंगुर है । हालांकि, कुछ अनुप्रयोग हैं जिनमें सिरेमिक महत्वपूर्ण हैं क्योंकि सिरेमिक उच्च तापमान वाली सामग्री हैं, और उनके पास कम गुणांक थर्मल विस्तार भी है, इसलिए, सिरेमिक का उपयोग रिफ्रैक्टरी, ईंटों और भट्ठों के लिए किया जाता है। चीनी मिट्टी के बरतन उपकरण काटने के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं, और वे भी उच्च कठोरता है ताकि वे वहां बहुत महत्वपूर्ण हो सकता है ।

दूसरी ओर, धातुओं का उपयोग आम तौर पर पुलों, घरों, छड़, ऑटोमोबाइल, कुछ भी जैसे संरचनात्मक सामग्री के रूप में किया जाता है जो मजबूत, डक्टाइल और कठिन होना चाहिए।

तीसरी श्रेणी पॉलीमर है, जो प्रकाश सामग्री है। इनमें लोचदार मोडुलस कम होता है। हालांकि, वे बहुत लचीले होते हैं, और आप बेहद पतली संरचनाएं बना सकते हैं, उनमें से बहुत हल्की संरचनाएं हैं, उनमें ज्यादातर कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन आदि जैसे प्रकाश तत्व होते हैं। इसलिए, उदाहरण पॉलीथीन हो सकते हैं, जिसका उपयोग प्लास्टिक बैग की तरह किया जाता है जिसका उपयोग हम दैनिक उपयोग करते हैं। पीवीसी पॉलीविनाइल क्लोराइड है, जिसका उपयोग डक्टिंग, पाइपिंग और यह सब के लिए किया जाता है कि यह एक मजबूत सामग्री है, लेकिन यह हल्का है, और यह खराब नहीं होता है। इसलिए, पॉलिमर का एक और लाभ है कि वे खराब नहीं होते हैं। तो, धातुओं, उदाहरण के लिए, यदि आप एक धातु पाइप बनाने के लिए और अपने बर्बर फ्लश उन के माध्यम से चला जाता है, वे जीर्णशीर्ण, लेकिन बहुलक जीर्णशीर्ण नहीं है ।

इसलिए, पॉलिमर हल्के होते हैं, बनाने में आसान होते हैं, खराब नहीं होते हैं, और उनकी लागत कम होती है। कई सिलिकॉन का उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में किया जाता है; इलास्टोमर में ये पॉलिमर सामग्रियों का एक और वर्ग है जो धातुओं और सिरेमिक से बहुत अलग हैं, इस अर्थ में कि वे इतने मजबूत नहीं हैं। हालांकि, वे एक प्रकाश है, वे उच्च लचीलापन है, और वे बहुत कठिन हैं । इसलिए, आप धातुओं और सिरेमिक के उच्च तापमान प्रसंस्करण के बिना आसानी से उनसे चीजें बना सकते हैं।

इसलिए, पॉलिमर ने हमारे जीवन को आसान बना दिया है; उदाहरण के लिए, प्लास्टिक बैग ने हमारे जीवन को और अधिक आरामदायक बना दिया है। फिर सामग्रियों की चौथी कक्षा को कंपोजिट, हाइब्रिड सामग्री कहा जाता है, जो उपरोक्त का मिश्रण है। तो, आप धातु मिश्रण कर सकते हैं, और सिरेमिक एक धातु मैट्रिक्स समग्र बनाता है। इसलिए, आप धातुओं और सिरेमिक दोनों के गुणों का उपयोग करते हैं। इसी तरह पॉलीमर और सिरेमिक मिलाने पर आप पॉलीमर मैट्रिक्स कंपोजिट बना सकते हैं। इसलिए, आप बहुलक के साथ-साथ सिरेमिक का लाभ का उपयोग करें। इसके अलावा, आप धातु में भी बहुलक मिला सकते हैं।

इसलिए, इन विभिन्न सामग्रियों की दो या तीन कक्षाओं का संयोजन कंपोजिट देगा, और उनके फायदे हैं। उदाहरण के लिए, टेनिस रैकेट है कि हम आज है एक समग्र हैं, और भागों और मोटर वाहन अनुप्रयोगों या विमान अनुप्रयोगों के कई, जहां भी आप उच्च विशिष्ट शक्ति या उच्च विशिष्ट मॉड्यूलस की आवश्यकता है, तो आप मुख्य रूप से कंपोजिट का उपयोग करते हैं । क्योंकि कंपोजिट में प्रति यूनिट वजन उच्च शक्ति होती है, इसी प्रकार, उनके पास प्रति इकाई वजन उच्च मॉड्यूलस होता है, और कुछ अनुप्रयोगों में यही उपयोगी होता है। तो, ये कुछ अनुप्रयोग हैं जिन्हें आप देख सकते हैं, चीजों को रखने के लिए प्लियर है आप देख सकते हैं कि इसका सिर धातु से बना है क्योंकि इसे मजबूत होना चाहिए, यह भंगुर नहीं होना चाहिए, लेकिन यह आपको अच्छी पकड़ प्रदान करना चाहिए, यह उपज नहीं होना चाहिए।

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इसलिए, यह स्टील से बना है, लेकिन धातुओं के बहुत सारे अन्य अनुप्रयोग हैं जिनका आप पुल बनाने के लिए उनका उपयोग करते हैं, उनका उपयोग निर्माण सामग्री के रूप में किया जाता है, कारों में बहुत सारे हिस्से होते हैं और कारें स्टील, एल्यूमीनियम, तांबा जैसी धातुओं से बनी होती हैं।

सिरेमिक आप देख सकते हैं कि सिरेमिक टुकड़ा यहां सफेद टुकड़ा है, जो मूल रूप से इंसुलेटर है, सिरेमिक इंसुलेटर हैं । तो, यह हमें बता स्पार्क प्लग कहने के भागों को बचाता है, और चीनी मिट्टी की चीज़ें भी थर्मल और बिजली के इंसुलेटर हैं । इसलिए वे कॉमन इलेक्ट्रिकल से इंसुलेशन भी कराते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, बिजली के खंभों पर, आप सफेद सिरेमिक टुकड़े देखते हैं; वे सिरेमिक इंसुलेटर के अलावा कुछ भी नहीं हैं ।

पॉलिमर का उपयोग मग, प्लास्टिक बैग, पाइप आदि बनाने के लिए किया जाता है। बहुत सारे चिकित्सा उपकरण पॉलीमर से बने होते हैं। उदाहरण के लिए, इलास्टोमर्स को विभिन्न कारणों से विभिन्न क्लबों में रखा जाता है, हम बाद में समझाएंगे । चश्मा आम तौर पर पारदर्शी होते हैं। और बीच में कुछ आप देख सकते है संकर है, उदाहरण के लिए, टेनिस रैकेट, एयरलाइन, विमान घटकों, मोटर वाहन घटकों वे सब इन सामग्रियों के मिश्रण से बना रहे है उंहें प्रकाश अभी तक मजबूत बनाने के लिए ।

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ये कुछ अनुप्रयोग हैं, जैसा कि मैंने आपको पहले समझाया था। संक्षेप में, सिरेमिक में उच्च कठोरता, उच्च लोचदार मॉड्यूलस, कठोर, उच्च घर्षण प्रतिरोध, अच्छी उच्च तापमान शक्ति होती है, जिसका अर्थ है कि वे 1000 से ऊपर उच्च तापमान तक अपनी ताकत रखते हैं ⁰C. उनके पास काफी अच्छा जंग प्रतिरोध है, लेकिन वे भंगुर हैं; यह सिरेमिक में एक बड़ी समस्या है क्योंकि वे किसी भी सदमे को अवशोषित नहीं कर सकते हैं। तो, चश्मा, दूसरी ओर, कठिन, जंग प्रतिरोधी, विद्युत इन्सुलेट, पारदर्शी हैं। तो, ये चश्मे के कुछ अच्छे गुण हैं, जो आपके पास सिरेमिक में हैं, लेकिन वे भी भंगुर हैं। तो, यह फिर से चश्मे के साथ एक समस्या है ।

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पॉलिमर में कम घनत्व होता है; वे हल्के होते हैं क्योंकि वे कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और हाइड्रोजन जैसे हल्के तत्वों से बने होते हैं। मोल्डिंग जैसी प्रक्रियाएं आसानी से उन्हें आकार दे सकती हैं, और उनके पास प्रति इकाई वजन उच्च शक्ति है। इसलिए, इस प्रकार, उनकी ताकत बहुत अधिक नहीं है, लेकिन यदि आप घनत्व के परिप्रेक्ष्य को देखें, तो वे बहुत मजबूत हैं। उनमें कठोरता की कमी होती है, जिसका अर्थ है कि उनके पास कम लोचदार मॉड्यूलस हैं, लेकिन वे बहुत लचीले हैं, आप बड़े उपभेदों पर प्लास्टिक के काम कर सकते हैं। इसलिए, वे बड़े उपभेदों का सामना कर सकते हैं। हालांकि, उनके गुण तापमान के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं, क्योंकि वे तापमान के साथ नरम होते हैं, उनके पिघलने के अंक कम होते हैं। इसलिए, प्लास्टिक का उपयोग आमतौर पर अनुप्रयोगों के लिए नहीं किया जाता है, जहां भी आपको उच्च तापमान के लिए सामग्री का विषय होना होता है। इसलिए, प्लास्टिक आमतौर पर 50 या 100 से कम तापमान के लिए उपयुक्त होते हैं ^हेसी बहुलक के प्रकार के आधार पर।

इलास्टोमर पॉलिमर का चचेरा भाई है। इसमें कठोरता का अभाव है, और इसमें धातुओं की तुलना में कई गुना कम मॉड्यूलस होता है, मूल रूप से रबर, इसमें फैलाए जाने के बाद अपने आकार को बनाए रखने की अद्भुत क्षमता होती है, आप रबर या इलास्टोमर को बहुत बड़े उपभेद प्रदान कर सकते हैं। इसके अलावा, वे बहुलक की तुलना में अपेक्षाकृत मजबूत और कठिन हैं। इसलिए, जहां भी आपको एक मजबूत बहुलक की आवश्यकता होती है, समान प्रकार के अनुप्रयोग, आप इलास्टोमर का उपयोग करते हैं। हालांकि, बहुलक और इलास्टोमर के बीच एक अंतर यह है कि पॉलिमर को पिघलाया और पुन: इस् तेम किया जा सकता है, लेकिन इलास्टोमर को पिघलाया नहीं जा सकता है। इसलिए, आमतौर पर, एक इलास्टोमर विघटित हो जाता है जबकि, बहुलक विघटित नहीं होता है।

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और फिर हम धातुओं और संकर के लिए आते हैं, धातुओं वे बहुत कठिन हैं, वे उच्च फ्रैक्चर क्रूरता है, यह एक पैरामीटर कश्मीर कहा जाता है_आईसी, जो फ्रैक्चर क्रूरता का प्रतिनिधि है। उनके पास संरचना और प्रसंस्करण के आधार पर उच्च कठोरता, उच्च लोचदार मॉड्यूल, बहुत डक्टाइल होता है। धातु क्या बनाया है या क्या यह लोहा आधारित है, एल्यूमीनियम आधारित, तांबा आधारित है, या निकल आधारित है? वे आपको ताकत दे सकते हैं, जो संरचना और प्रसंस्करण के आधार पर 50 एमपीए से 1000 एमपीए तक अत्यधिक भिन्न है। इसलिए, धातु होना बहुत अच्छा है क्योंकि आप अपनी संपत्ति को इस आधार पर इंजीनियर कर सकते हैं कि आप क्या चाहते हैं - इस पर निर्भर करता है और जो संरचना और प्रसंस्करण स्थितियों को बदलकर भिन्न हो सकता है। वे आम तौर पर थर्मल और विद्युत प्रवाहकीय होते हैं; यही कारण है कि जहां भी आपको उच्च विद्युत चालकता और उच्च थर्मल चालकता की आवश्यकता होती है, उनका उपयोग अनुप्रयोगों में किया जाता है। हालांकि, अधिकांश धातुएं प्रतिक्रियाशील हैं; वे ऑक्सीकरण करते हैं, या वे पर्यावरण के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, और यही कारण है कि अधिकांश धातुओं में जंग प्रतिरोध कम होता है।

इसलिए, जहां कहीं भी वह वातावरण आक्रामक हो, क्षारीय वातावरण हो या आपके पास कीचड़ हो, आप उन्हें धातु से बाहर नहीं कर सकते क्योंकि वे समय के कार्य के रूप में खराब हो जाएंगे । इसलिए, यह धातु की कमी है। और फिर हम संकर है, धातुओं के बारे में एक और बात आम तौर पर भारी है, एल्यूमीनियम के अलावा, टाइटेनियम ज्यादातर धातुओं के लिए भारी हो जाते हैं । लोहे के बारे में 8 का घनत्व है, और सोने बहुत भारी है, चांदी भी भारी है, निकल भारी है, इन धातुओं या इंजीनियरिंग धातुओं के अधिकांश के बारे में है कि मैं बात कर रहा हूं भारी हो जाते हैं । तांबा, एल्यूमीनियम, टाइटेनियम, और मैग्नीशियम को छोड़कर अधिकांश इंजीनियरिंग धातुएं भारी होती हैं, और धातुएं आमतौर पर पिघलने वाले मार्ग द्वारा बनाई जाती हैं एक बार जब आप उन्हें बनाया करते हैं।

फिर हमारे पास संकर हैं, जो महंगे होते हैं क्योंकि आपको विभिन्न वर्गों की सामग्रियों को मिलाकर उन्हें एक विशिष्ट तरीके से संसाधित करना होता है। चूंकि आप विभिन्न सामग्रियों का उपयोग करते हैं, इसलिए वे आकार देने और शामिल होने में बहुत आसान नहीं हैं क्योंकि धातुओं में अलग-अलग शामिल होने की विशेषताएं होती हैं, पॉलिमर में अलग-अलग शामिल होने की विशेषताएं होती हैं, और वे सभी अलग-अलग तापमानों को संसाधित करते हैं नतीजतन बहुलक से बाहर निकलना और उन्हें शामिल करना बहुत मुश्किल होता है। इसलिए, हाइब्रिड के मामले में प्रसंस्करण थोड़ा मुश्किल है। हालांकि, आप सामग्री के संयोजन पर निर्भर बहुत अच्छे गुण प्राप्त कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक टेनिस रैकेट में, आपको टेनिस रैकेट में क्या चाहिए? यह प्रकाश होना चाहिए; यह मजबूत होना चाहिए, और यह उपज नहीं होना चाहिए। इसलिए, जब टेनिस रैकेट हिट होता है, तो इसे स्थायी रूप से विकृत या तोड़ने के बिना थोड़ा सा फ्लेक्स करने में सक्षम होना चाहिए। इसलिए, यह एक समग्र बनाकर प्राप्त किया जाता है, जो हमें पॉलीमर कार्बन कंपोजिट कहना है ।

इसलिए, आप क्या मिश्रण करते हैं और आप कैसे मिश्रण करते हैं और सामग्रियों के आकार और आकार के आधार पर, आप उनके गुणों को बड़े पैमाने पर दर्जी कर सकते हैं। इसलिए, वे आम तौर पर आपको उच्च विशिष्ट शक्ति या मॉड्यूलस देते हैं, जो मूल रूप से ऑटोमोटिव और विमान अनुप्रयोगों में आवश्यक होते हैं। इसलिए, ये सामग्रियों के कुछ उदाहरण हैं।

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अब आइए देखें कि सामग्री को महत्वपूर्ण क्या बनाता है, या आप उन्हें कैसे इंजीनियर कर सकते हैं? तो, इसे सामग्री टेट्राहेड्रॉन कहा जाता है, जिसमें चार भाग होते हैं, एक सामग्री की संरचना है, और यह क्या है? यह विशेष व्याख्यान श्रृंखला संरचना के बारे में है, लेकिन एक संरचना एक बहुत व्यापक अर्थ है; संरचना के विभिन्न अर्थ हैं। इसके बाद दूसरा गुण है, जैसे मैकेनिकल प्रॉपर्टी, थर्मल प्रॉपर्टी, इलेक्ट्रॉनिक प्रॉपर्टी, ऑप्टिकल प्रॉपर्टी आदि। तीसरा प्रसंस्करण है, आप एक सामग्री कैसे बनाते हैं, आप सामग्री को एक विशेष आकार और आकार में लाने के लिए सामग्री को कैसे संसाधित करते हैं जो आप चाहते हैं और फिर प्रदर्शन करते हैं। प्रदर्शन संरचनात्मक अनुप्रयोगों, इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों, आदि जैसे अनुप्रयोगों से संबंधित है।

इसलिए, वे विभिन्न प्रकार की सामग्रियों का उपयोग करते हैं, जिनमें बहुत अलग गुण और विभिन्न कार्यक्षमता होती है। तो, आप उन्हें कैसे बनाते हैं? विभिन्न तरीके हैं जिनके द्वारा आप सामग्री बना सकते हैं, जैसे पाउडर प्रसंस्करण, आप पाउडर से शुरू कर सकते हैं और फिर एक विशेष घटक बना सकते हैं, या आप पिघलने वाले मार्ग से शुरू कर सकते हैं, जिसे कास्ट किया जाना है। कास्टिंग के बाद, आप रोलिंग जैसे कुछ और यांत्रिक उपचार प्रदान कर सकते हैं। सामग्री के आधार पर, विभिन्न प्रकार के प्रसंस्करण विधियां उपलब्ध हैं।

और फिर हमारे पास यांत्रिक गुण, विद्युत गुण, चुंबकीय गुण, थर्मल गुण हैं। तो, सवाल यह है कि उन्हें कैसे मापना है या कैसे दर्जी करना है? और फिर हम अंत में संरचना है । एक सामग्री की संरचना को विभिन्न पैमानों पर देखा जाता है, और एक मैक्रो-संरचना है। मैक्रो-स्ट्रक्चर जैसे नग्न आंखों से कुछ देखते हैं। यदि आप इसे थोड़ा और विस्तार से देखना चाहते हैं कि विभिन्न परतें कितनी हैं, क्या कोई पॉजिटी है, क्या कोई दरार है, जो नग्न आंखों से दिखाई नहीं देती है, आप माइक्रोस्ट्रक्चर को देखते हैं, तो आप माइक्रोस्कोप पर जाते हैं।

और यदि आप माइक्रोस्ट्रक्चर को देखने से खुश नहीं हैं, यदि आप संरचना को और भी बेहतर समझना चाहते हैं, तो आपको परमाणु संरचना पर जाना होगा जिसका अर्थ है कि आपको वास्तव में बहुत अच्छी तकनीकों पर जाना है, और फिर आपको कुछ मॉडलिंग भी करनी है, और यदि आप परमाणु संरचना को भी समझना चाहते हैं , गुण, जो एक सामग्री में उत्पन्न होते हैं तो आप इलेक्ट्रॉनिक संरचना को देखते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक संरचना आमतौर पर एक मॉडलिंग आधारित व्यायाम है। इसलिए, सामग्री की संरचना उस लंबाई पैमाने पर निर्भर करती है जिसके बारे में आप बात कर रहे हैं, और यह एक मैक्रो-स्ट्रक्चर हो सकता है; यह एक माइक्रोस्ट्रक्चर हो सकता है; यह एक परमाणु संरचना, इलेक्ट्रॉनिक संरचना हो सकती है। इसलिए, आप देख सकते हैं कि लंबाई के तराजू में कमी आती है क्योंकि आप मैक्रो से सूक्ष्म से परमाणु से इलेक्ट्रॉनिक तक जाते हैं। और यह सामग्री, संरचना, प्रसंस्करण, प्रदर्शन और गुणों के इन चार गुणों का संयोजन है, जो सामग्री की क्षमता निर्धारित करते हैं।

इसलिए, दिए गए आवेदन के लिए, आपको गुणों को अनुकूलित करने की आवश्यकता है, और आपको प्रक्रिया को अनुकूलित करने की आवश्यकता है, प्रक्रिया सरल, सस्ती और बनाने में आसान होनी चाहिए। गुण आवेदन के अनुसार होना चाहिए, और गुण संरचना से प्रभावित होते हैं; संरचना प्रसंस्करण से प्रभावित होती है।

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आज विज्ञान, भौतिकी और रसायन शास्त्र की समझ के साथ, हम इन सामग्रियों को विभिन्न वर्गों धातुओं और एलॉय, सिरेमिक, प्लास्टिक, पॉलिमर और उस श्रेणी में इलास्टोमर और हाइब्रिड या कंपोजिट में वर्गीकृत कर सकते हैं।

अब सवाल यह उठता है कि इन चारों में क्या अंतर है? हमें इन चार श्रेणियों में इन्हें सामग्रियों में क्यों वर्गीकृत करना चाहिए? मैंने आपको दिखाया कि गुणों के कारण एक मौलिक कारण है। हालांकि, गुणों के अलावा कुछ और मौलिक है, जो इन सामग्रियों की संरचना निर्धारित करने वाली विशेषताओं को संबंध बना रहे हैं।

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इससे पहले कि हम संबंध पर चर्चा के लिए आगे बढ़ें, मैं आपको दिखाऊंगा कि सामग्रियों की संरचना कैसे महत्वपूर्ण है । इसलिए, यह विभिन्न लंबाई के तराजू पर सामग्रियों की संरचना है। संरचना नग्न आंखों को दिखाई देती है, जिसे मैक्रो-स्ट्रक्चर कहा जाता है, जिसका अर्थ है लंबाई तराजू जो मानव आंखों के संकल्प से परे हैं। माइक्रोस्कोप एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप हो सकता है; यह एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप हो सकता है, जो आपको चीजों को माइक्रोन और कुछ सौ नैनोमीटर तक हल करने में मदद कर सकता है। उदाहरण के लिए, ये एक निश्चित फैशन के अंदर गठबंधन किए गए फाइबर या छिद्र हैं, जो यहां लंबाई पैमाने के कारण नग्न आंखों से दिखाई नहीं देते हैं। इसलिए, यहां यह लंबाई का पैमाना कुछ माइक्रोन या सबमाइक्रॉन हो सकता है। यह आंख से हल नहीं है, और फिर आप इसे अंदर रखने की जरूरत है तो, हमें कुछ सैकड़ों माइक्रोमीटर से कम, आप इसे मैक्रो कहेंगे। यदि आप विस्तार के उच्च स्तर पर जाना चाहते हैं, और फिर आप नैनोस्केल या परमाणु स्तर पर अधिक सामग्री के लिए संरचना को देख सकते हैं। तो, यहां यह एक सामग्री की ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि है, आप देख सकते हैं कि आप चीजों को 0.5 एनएम तक हल कर सकते हैं, वह स्केल बार जिसे आप देख सकते हैं वह लगभग 10 एनएम है। इसलिए, आप चीजों को एक नैनोमीटर के आधे हिस्से तक हल कर सकते हैं। इसलिए, इसे उचित सावधानीपूर्वक इमेजिंग द्वारा नैनो या परमाणु संरचना कहा जाता है। आप किसी सामग्री में परमाणु व्यवस्था को नीचे देखने की कोशिश भी कर सकते हैं। इसके अलावा, यदि आप इसे और भी बेहतर समझना चाहते हैं, तो आपको वह करने की आवश्यकता है जिसे हम परमाणु सिमुलेशन कहते हैं, जो आपको सामग्रियों की परमाणु संरचना के बारे में बताता है।

अब, ये परमाणु संरचनाएं हैं, जो परमाणु स्तर तक जा सकती हैं, हमें इलेक्ट्रॉनिक कहना चाहिए और ये हैं । इसलिए, यह TEM द्वारा किया गया था। यदि आप 1एनएम से नीचे जाना चाहते हैं, तो आप माइक्रोस्कोपी नहीं कर सकते हैं, और आपको सिमुलेशन करने की आवश्यकता है। तो, यह सिमुलेशन या मॉडलिंग द्वारा है।

अत ये संरचनाओं के चार स्तर हैं, जो किसी सामग्री में मौजूद हैं, और इन संरचनाओं को समझना बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि विभिन्न चीजों का वितरण कैसे किया जाता है? विभिन्न चीजों का आकार क्या है? उनकी आकृति विज्ञान क्या है? वे उन्मुख और विभिन्न अन्य चीजें कैसे हैं? वे यह निर्धारित करेंगे कि सामग्री के गुण क्या हैं, और वे गुण किसी विशेष आवेदन के लिए प्रयोज्यता निर्धारित करेंगे, और मूल रूप से, प्रसंस्करण इस संरचना को नियंत्रित करता है।

इसलिए मैंने आपको टेट्राहेड्रॉन दिखाया, जो बहुत महत्वपूर्ण है। इसलिए, अगले व्याख्यान में, अब हम सामग्रियों के संबंध के बारे में बात करेंगे ताकि संबंध क्या है और यह विशेष संबंध हमारे द्वारा किए गए सामग्रियों के वर्गीकरण से कैसे संबंधित है, इस बारे में थोड़ा विचार होगा । फिर हम पाठ्यक्रम पर आगे बढ़ेंगे, संरचनाओं का अध्ययन करने के मामले में, हम पहले सबसे छोटे पैमाने से शुरू करेंगे और फिर बाद में सबसे बड़े पैमाने पर जाएंगे ।

धन्यवाद।